可控震源与仪器质量监控技术.ppt

1、可控震源与仪器质量监控技术,关业志,主 要 内 容,一、概述 二、可控震源质量监控 三、与仪器有关的质控,一、概述,野外质量监控是一个综合的过程，需要涉及野外仪器、震源、排列和室内分析等环节。 野外生产是以仪器为中心形成质控中心，室内主要是以仪器和震源的有关数据分析为主；“实时”和“事后”分析相结合保证生产质量。 仪器的监控包括正常的日检和月检、与震源的联机测试、排列状况的监控以及得到的资料相关监控和分析等。 针对震源来说，要做好施工前的各方面检测，比如日检、一致性测试等，保障震源的稳定和正常工作。,一、概述,各个环节的应用技术人员所关注的角度不同，从物探技术人员的角度来看，可控震源施工中质量

2、监控应重点关注仪器和震源的工作状态、激发点位、外界干扰、不正常工作道、排列状况等。同时还应根据获得资料的频率、能量和信噪比来对资料进行评价。 同时，还应有得力的质量监控分析工具，在以前更多的是用硬件厂家和一些国外三方产品。通过多年的应用和积累，东方公司开发出了自主知识产权的可控震源及仪器质控软件。,一、概述,国外有代表性软件分析 Pelton的软件特点是操作繁杂，得到一张图表要十几次点击，而且对震源属性检测反应不了位置关系，没有对仪器日检监控。 VE432（Sercel）软件只有直方图，反应慢也反应不了震源各震次与位置的关系，没有对仪器日检监控。 Verif-i软件是商业化较好的监控系统，比较

3、而言是功能最全的一个软件系统。它包括了SMT200测试结果分析、仪器日检、震源有线、一致性分析。但它的设计主要应用于开工审计，对施工过程中比如每个震次震源属性没有监控功能。,Pelton软件运行界面,一、概述,VE432软件运行界面,一、概述,Verif-i软件运行界面,一、概述,相比国外软件，自主研发的软件功能更实用、方便、界面友好。同时具有Windows和Linux版本。 同时，自主研发产品也可作为质控的第三方检测、验证工具。 这里以自主研发软件的应用功能讲述可控震源与仪器质量监控的相关技术为主，同时对于涉及到的一些必备知识也进行讲解。,一、概述,一、概述,跨平台运行，可同时在Window

4、s和Linux操作系统中运行。,一、概述,主 要 内 容,一、概述 二、可控震源质量监控 三、与仪器有关的质控,二、可控震源质量监控,1、可控震源的一些知识 可控震源系统组成 为了使激发信号有效，可控震源系统要具备： 一个扫描信号发生器：产生用于相关的真参考信号，与原始记录信号进行实时相关处理；对所有的震源进行遥控参数装载；控制参加施工的震源同步启动；通过无线电接收震源的实时监控数据进行质量实时控制等。 一个向地下发射扫描信号的可控震源。 一个相关器，将长扫描信号压缩成短反射脉冲。,编码扫描发生器（DPG） 主要功能： 产生用于相关的参考扫描信号； 遥控DSD参数装载； 控制震源振动并与仪器数

5、据采集同步； 接收DSD振动过程质量状态数据。,二、可控震源质量监控,电控箱体（DSD） 主要功能： 产生与参考扫描信号完全一致的本机扫描信号； 控制振动器振动； 对震源输出实施实时QC数据分析，产生状态信息。 相关器 主要功能： 相关运算：包括时域到频域的傅立叶变换；复数乘法运算；频域到时域的反傅立叶变换。,二、可控震源质量监控,VE432启动时序,二、可控震源质量监控,仪器发出FO后，DPG延迟100ms，其间电台完成收/发转换，然后发200ms全1，再发T0信息，延迟一段时间（由DPG测量的DPG与DSD之间传递信息的无线电延迟）产生TB信号和参考扫描，同时电台进行发/收转换；DSD收到

6、DPG同步码后产生本机扫描，扫描结束，电台转换为发射状态，发送状态。,可控震源野外地震采集系统示意图,二、可控震源质量监控,线性降频扫描信号,式中，A(t)为扫描信号S(t)的振幅包络函数，T1、T2称为斜坡长度。F1为扫描信号的起始频率， F2为扫描信号的终了频率，T、TD为扫描振动持续时间，称为扫描长度。,线性升频扫描信号,S（t）A（t）Sin2F1+(F2-F1) t/2Tt 0t TD 1+Cos（t/T1+1）/2 ， 0tT1 A（t） 1 , T1tTD-T2 1+Cos（1+（TD-t）/T2/2 ， TD-T2tTD,二、可控震源质量监控,可控震源本身的质量控制 它涉及到震

7、源工作的全过程控制： 震源作业前的基础技术准备 包括可控震源性能调试、测试，联机调试等。 激发过程中的控制 包括有线、无线一致性，PSS报告，震源性能月检测试。 事后分析超前（反馈）控制 包括统计分析，震源性能分析。,二、可控震源质量监控,震源测试设备：,国际上认可的可控震源振动性能测试设备主要有： 美国GREAT MOUNTAIN (大山)公司的GFCSI系统； 美国PELTON 公司的VCA系统； 法国SERCEL 公司的VQC/VQC88系统； 目前较流行的测试设备主要是VCA及VQC88系统。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,2、自主研发软件中震源质控应用 可控震源质量监控

8、分为以下几方面： 震源状态质量分析 组合中心检查 扩展QC分析 一致性分析,二、可控震源质量监控,震源状态质量分析 震源状态质量分析主要是通过分析震源属性 监控震源属性可以对可控震源状态和性能进行监控，这也是目前国内外震源常用的质量监控方法。 可控震源属性包括震源性能的一些关键指标，包括平均出力、峰值出力、平均相位、峰值相位、平均畸变、峰值畸变、地面粘度和地面刚性。,二、可控震源质量监控,震源属性的数据是通过震源箱体产生的，并存在仪器上。 目前常见的可控震源箱体分为Sercel VE432、VE464和Pelton的Advance III，它们产生APS、VAPS文件后缀的文件。 Sercel

9、箱体与Pelton箱体产生的震源属性文件在格式上稍有区别，但是所记录产生的震源属性是一致的。,二、可控震源质量监控,Sercel同步振动控制系统VE464,二、可控震源质量监控,Sercel同步振动控制系统VE464,二、可控震源质量监控,Sercel的箱体提供了后缀为VAPS文件和APS文件，VAPS文件与APS文件记录的震源属性信息是一致的，但是VAPS文件所记录的其他信息比APS文件要多。 VAPS文件130列，是APS文件是80列。,二、可控震源质量监控,VAPS文件格式,二、可控震源质量监控,分析震源属性可以通过多个角度来分析 (点、面)，以此保证其客观性： 观察在一个施工日中，某一

10、台震源某一种属性变化的情况，及早判断震源是否出现问题。 观察在一个时间段范围内的震源属性变化趋势，例如，一个月，或更长时间，来检查震源是否有变坏的趋势。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,组合中心检查 为了加强激发能量，多台震源同时在一点激发，这样多台震源的几何中心就是实际激发的炮点位置：（COG）。 组合中心分析的目的是对比实际震源施工的组合中心与理论设计的激发点的偏移，找出超出误差限的值。 注：一般要求组合中心与理论设计误差控制在5米以内。,二、可控震源质量监控,炮点组合中心的现场监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,扩展Q

11、C的分析（Sercel） 在国外一些探区，甲方要求对震源在震动过程中的质量进行监控。他们在可控震源的扫描时间内对震源的各种属性进行采样，形成记录，以发现在震动过程中可能出现的问题，可以在仪器上绘图实时监控，也可以在返回室内后进行监控。 通过对扩展QC分析可以了解震源在工作中的瞬时属性状况，从而监控震源在工作中的实时状况是否正常。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,震源一致性分析 在可控震源施工中，一致性测试用于比较震源输出信号与相关参考信号的一致性（相位、畸变、出力）。通过对测试结果分析，可以发现震源及其施工质量控制系统存在的问题，及时排除问题，保障震源正常工作

12、。 一致性分析包括两种：有线一致性和无线一致性。,二、可控震源质量监控,有线一致性：将震源用测试电缆连到大线上，震源的所有信号通过电缆传输、记录到仪器。此方法非常可靠，但是应用起来比较耗费时间。 无线一致性：仪器操作员通过震源控制系统控制震源输出信号，参考信号和输出信号通过电台传输到仪器所以每次只能对一台震源进行测试，一般用来在生产中快速地进行测试。 无线一致性与有线一致性的相比，测试的实施手段不同，后续要求进行的处理步骤比有线一致性较少。,二、可控震源质量监控,无线一致性野外操作步骤,二、可控震源质量监控,可控震源的无线一致性与排列的连接示意图,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,无

13、线一致性一般是作为每天的常规检查项目，对其分析项目要求也少一些。由于无线一致性不需要特殊的参数设置，因此，也可以在施工过程中检查，然后边施工边调返震源信号，做无线一致性，分析并存盘。此方法不影响施工效率，所以一般要求上午做一次，下午做一次。,有线一致性与数据采集系统的连接示意图,二、可控震源质量监控,可控震源有线一致性与排列的连接示意图,二、可控震源质量监控,有线一致性一般至少需要记录以下震源信号：,二、可控震源质量监控,有线一致性是测试震源的可靠手段，但需要停工来测试，所以有线一致性一般是作为周检/月检项目，分析的项目较无线一致性要多。,二、可控震源质量监控,第1道- 相关参考信号 第2道-

14、 电台参考信号 第3道-电台地面力 第4道-震源参考 第5道-地面力信号(加权和) 第6道- 重锤加速度 第7道-平板加速度,观察分析特征信号的长度、外形轮廓是否有异常，不需要任何计算分析，只是解编显示即可。,二、可控震源质量监控,起始斜坡,终了斜坡,斜坡：扫描中信号幅度从0到最大的过渡区域，通常是基于余弦函数的斜坡曲线。下面两个图是信号示例：,观察分析参考信号的斜坡,二、可控震源质量监控,由于震源系统的编码器和译码器是两个信号源，而在施工中采集系统是将它们作为一个信号处理的，所以要保证这两个信号源产生参考信号的时间同步。从编码器发出启动指令开始，由于电台和箱体电子系统的延迟，各震源的译码器启

15、动时间要晚，这就需要在编码器里设置延迟时间，以补偿编码器参考信号初始启动与震源的实际启动扫描时间之间的延迟，使两个信号的同步精度达到标准要求。 通过计算两个信号相位差的方法来计算两个信号的时差。Start Time计算的是震源DPG参考信号与震源DSD参考信号的时差，是通过相关求相位差的办法计算。,计算系统的启动误差（Start time）,二、可控震源质量监控,为确定震源参考与相关参考（编码器）信号之间的延迟，需将这两个信号相关并计算其相位延迟。相位延迟对应了启动时间误差。,下图显示了这个延迟在相位曲线里是线性倾斜的。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,相位滞后与频率成正比，可以用

16、下面公式计算： 相位滞后=(启动误差s)*(频率Hz*360) 如果知道在某一频率下的相位延迟，启动时间误差可以用下面的公式计算： 启动误差 = (相位滞后)(频率*360) 启动时间误差一般用微秒表示。如果所有震源的启动时间误差都大于0，需要重新调整启动时间延迟设置。,在检查相关参考信号与各个震源的地面力信号的互相关以前，相关参考信号应首先自相关并检查频率成分与失真。相关波形的显示范围(用dB表示)应能至少看到 120dB，以确保失真可见。某些分析软件缺省设置是4860dB，是不足以见到相关参考信号的失真的。,一个相关参考信号自相关的图形,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,震源力信

17、号的分析 如果相关参考信号没有问题，再分析每一台震源的力信号与参考信号互相关，并检查相位和畸变失真情况（对于PELTON控制系统，用有线参考信号代替相关参考信号与力信号比较）。,在相关波形的负时间轴上的可见谐波表示了谐波畸变对地震资料的影响程度。一般要求负时间轴上的可见谐波应相对于相关峰值低40 dB，如果一个组里的所有震源的畸变均表现出高于此值，应调查地表对震源性能的影响，如果是因为近地表的物理特性的影响，是可以接受的。任何一台震源如果与组里的其它震源有较大差别均表示有问题。,二、可控震源质量监控,力信号与参考信号互相关波形分析,该图是做月检时测得的某震源的力信号与参考信号互相关波形，其图中

18、可看出负时间轴上的可见谐波底符合要求。,二、可控震源质量监控,对力信号，还可以应用FT分析图进一步分析信号中各次谐波的能量及其分布。,二、可控震源质量监控,有线、无线一致性的数据分析： 1. F-T分析；2.力信号频谱、相位谱分析；3.畸变计算,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,畸变在很大程度上与地表条件有关，很难定义规范。一般在有线一致性上典型的峰值畸变应小于35%，平均畸变应小于25%。 相位误差应在5（最高频率低于80 Hz时）范围内但在扫描起始与终了时是不一样的，一般不参与评价如果所有震源均表现出高相位误差，则可能与地表条件有关；如果某一台震源表现出高相位误差，则该震源有问题

19、。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,国外油公司在施工中一般对畸变和相位整体考虑，通过每天对PSS报告（Pelton系统）或VAPS文件（VE432）的统计、分析，看各台震源在同一时间范围内是否大致在同一水平，以及一天内的统计平均值是否大致在同一水平，来确定是否某台震源有问题。如果分析结果发现在同一施工时间段内所有施工震源均表现出高畸变或高相位误差，则一般认为是近地表物理特性的影响，属正常现象。,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,二、可控震源质量监控,主 要 内 容,一、概述 二、可控震源质量监控 三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,1、与仪器

20、有关的一些名词 共模抑制比 仪器系统的“共模”抑制比是指在“共模”信号输入下系统的输出响应量与输入量的比值，该指标通常也用分贝表示，它反映系统中模拟电路的对称性和一致性当系统电路的正负极电气特性完全对称时，“共模”信号输入下的系统响应输出就应该为零，但实际上任何电路的正负通道都不可能做到绝对对称，在大“共模”干扰信号作用下总要产生一定量的响应。,谐波畸变 谐波畸变是指电信号系统响应外部激励时而产生寄生频率信号的比重，一般用基波信号（输入信号）分量与其各次谐波分量总和比表示。它主要反映系统对输入信号的保真能力，并决定系统的瞬时动态范围。谐波畸变是一项综合性指标，任何其它技术指标的下降都可能导致谐

21、波畸变分量的增加，因此谐波畸变在一定程度上也反映了仪器系统的综合技术水平。,三、与仪器有关的质控,主流地震仪器关键指标,三、与仪器有关的质控,2、自主研发软件中与仪器有关的质控 采集站测试结果分析 采集站测试数据分析 检波器测试结果分析 检波器在线测试结果分析,三、与仪器有关的质控,采集站测试结果分析 FDU（Field Digital Unit）野外数字单元，也叫采集站，在野外施工前要求做FDU的测试，是用来检测FDU是否正常。 检测项目包括畸变、噪音、共模抑制比、增益误差相位误差等。 产生的文件为*.fdua为后缀的文本文件。 针对分析Sercel 408/428采集站测试结果，采用各种直

22、观图形分析，并能输出分析结果。,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,采集站测试数据分析 做采集站日检分析时，在仪器车上可以直接用测试数据进行分析，在室内我们也对原始的SEGD数据进行分析，验证、检查对比野外结果（第三方独立测试）。 所做测试项目为畸变、噪音、共模抑制比、相位误差、增益误差。 这里采用的原始文件是SEG D格式的测试数据。,75,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,测试用到的滤波类型和增益说明 滤波类型：0.8LIN、0.8MIN、Eagle-like、0.8lin，0.8min，eagle-like，这些是仪器在记录数据时采用的滤波类型。 增益：400，1600是前放增益的类型。,在做 FDU测试时，需要用户选择前放增益类型，和滤波类型，对应不同的类型，Gain&Phase误差测试有不同的理论值，对应不同的理论值，才可以计算相应的相位增益误差。,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,测试结果图表,三、与仪器有关的质控,测试结果图件,三、与仪器有关的质控,三、与仪器有关的质控,检波器测试结果分析 为保证野外接收的检波器工作正常，野外使用的检波器需要定期轮换检测。目前野外使用SMT200/300检测分析。 对检波器进行测试分析的目的是显示本月检波器合格率